實(shí)戰(zhàn)！阿里神器 Seata 實(shí)現(xiàn) TCC模式解決分布式事務(wù)，真香！

作者：不才陳某 2022-01-12 10:02:02

TCC(Try Confirm Cancel)方案是一種應(yīng)用層面侵入業(yè)務(wù)的兩階段提交。是目前最火的一種柔性事務(wù)方案，其核心思想是：針對(duì)每個(gè)操作，都要注冊(cè)一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的確認(rèn)和補(bǔ)償(撤銷)操作。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「碼猿技術(shù)專欄」，作者不才陳某。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系碼猿技術(shù)專欄公眾號(hào)。

今天這篇文章介紹一下Seata如何實(shí)現(xiàn)TCC事務(wù)模式，文章目錄如下：

什么是TCC模式?

TCC分為兩個(gè)階段，分別如下：

第一階段：Try(嘗試)，主要是對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)做檢測(cè)及資源預(yù)留 (加鎖，鎖住資源)
第二階段：本階段根據(jù)第一階段的結(jié)果，決定是執(zhí)行confirm還是cancel

Confirm(確認(rèn))：執(zhí)行真正的業(yè)務(wù)(執(zhí)行業(yè)務(wù)，釋放鎖)

Cancle(取消)：是預(yù)留資源的取消(出問(wèn)題，釋放鎖)

TCC

為了方便理解，下面以電商下單為例進(jìn)行方案解析，這里把整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單分為扣減庫(kù)存，訂單創(chuàng)建 2 個(gè)步驟，庫(kù)存服務(wù)和訂單服務(wù)分別在不同的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上。

假設(shè)商品庫(kù)存為 100，購(gòu)買數(shù)量為 2，這里檢查和更新庫(kù)存的同時(shí)，凍結(jié)用戶購(gòu)買數(shù)量的庫(kù)存，同時(shí)創(chuàng)建訂單，訂單狀態(tài)為待確認(rèn)。

①Try 階段

TCC 機(jī)制中的 Try 僅是一個(gè)初步操作，它和后續(xù)的確認(rèn)一起才能真正構(gòu)成一個(gè)完整的業(yè)務(wù)邏輯，這個(gè)階段主要完成：

完成所有業(yè)務(wù)檢查( 一致性 ) 。
預(yù)留必須業(yè)務(wù)資源( 準(zhǔn)隔離性 ) 。
Try 嘗試執(zhí)行業(yè)務(wù)。

Try階段

②Confirm / Cancel 階段

根據(jù) Try 階段服務(wù)是否全部正常執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行確認(rèn)操作(Confirm)或取消操作(Cancel)。

Confirm 和 Cancel 操作滿足冪等性，如果 Confirm 或 Cancel 操作執(zhí)行失敗，將會(huì)不斷重試直到執(zhí)行完成。

Confirm：當(dāng) Try 階段服務(wù)全部正常執(zhí)行，執(zhí)行確認(rèn)業(yè)務(wù)邏輯操作，業(yè)務(wù)如下圖：

Try->Confirm

這里使用的資源一定是 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源。在 TCC 事務(wù)機(jī)制中認(rèn)為，如果在 Try 階段能正常的預(yù)留資源，那 Confirm 一定能完整正確的提交。

Confirm 階段也可以看成是對(duì) Try 階段的一個(gè)補(bǔ)充，Try+Confirm 一起組成了一個(gè)完整的業(yè)務(wù)邏輯。

Cancel：當(dāng) Try 階段存在服務(wù)執(zhí)行失敗，進(jìn)入 Cancel 階段，業(yè)務(wù)如下圖：

Try-Cancel

Cancel 取消執(zhí)行，釋放 Try 階段預(yù)留的業(yè)務(wù)資源，上面的例子中，Cancel 操作會(huì)把凍結(jié)的庫(kù)存釋放，并更新訂單狀態(tài)為取消。

以上便是TCC模式的全部概念，這部分內(nèi)容在陳某之前的文章也是詳細(xì)的介紹過(guò)：對(duì)比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實(shí)戰(zhàn))

TCC模式的三種類型?

業(yè)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)TCC模式進(jìn)行了擴(kuò)展，總結(jié)出了如下三種類型，其實(shí)從官方的定義中無(wú)此說(shuō)法，不過(guò)是企業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際的需求衍生出來(lái)的三種方案。

1、通用型 TCC 解決方案

通用型TCC解決方案是最經(jīng)典的TCC事務(wù)模型的實(shí)現(xiàn)，正如第一節(jié)介紹的模型，所有的從業(yè)務(wù)都參與到主業(yè)務(wù)的決策中。

通用型TCC

適用場(chǎng)景：

由于從業(yè)務(wù)服務(wù)是同步調(diào)用，其結(jié)果會(huì)影響到主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，因此通用型 TCC 分布式事務(wù)解決方案適用于執(zhí)行時(shí)間確定且較短的業(yè)務(wù)，比如電商系統(tǒng)的三個(gè)核心服務(wù)：訂單服務(wù)、賬戶服務(wù)、庫(kù)存服務(wù)。

這個(gè)三個(gè)服務(wù)要么同時(shí)成功，要么同時(shí)失敗。

當(dāng)庫(kù)存服務(wù)、賬戶服務(wù)的第二階段調(diào)用完成后，整個(gè)分布式事務(wù)完成。

2、異步確保型 TCC 解決方案

異步確保型 TCC 解決方案的直接從業(yè)務(wù)服務(wù)是可靠消息服務(wù)，而真正的從業(yè)務(wù)服務(wù)則通過(guò)消息服務(wù)解耦，作為消息服務(wù)的消費(fèi)端，異步地執(zhí)行。

異步確保型

可靠消息服務(wù)需要提供 Try，Confirm，Cancel 三個(gè)接口。Try 接口預(yù)發(fā)送，只負(fù)責(zé)持久化存儲(chǔ)消息數(shù)據(jù);Confirm 接口確認(rèn)發(fā)送，這時(shí)才開始真正的投遞消息;Cancel 接口取消發(fā)送，刪除消息數(shù)據(jù)。

消息服務(wù)的消息數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲(chǔ)，獨(dú)立伸縮，降低從業(yè)務(wù)服務(wù)與消息系統(tǒng)間的耦合，在消息服務(wù)可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)分布式事務(wù)的最終一致性。

此解決方案雖然增加了消息服務(wù)的維護(hù)成本，但由于消息服務(wù)代替從業(yè)務(wù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)了 TCC 接口，從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要任何改造，接入成本非常低。

適用場(chǎng)景：

由于從業(yè)務(wù)服務(wù)消費(fèi)消息是一個(gè)異步的過(guò)程，執(zhí)行時(shí)間不確定，可能會(huì)導(dǎo)致不一致時(shí)間窗口增加。因此，異步確保性 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于對(duì)最終一致性時(shí)間敏感度較低的一些被動(dòng)型業(yè)務(wù)(從業(yè)務(wù)服務(wù)的處理結(jié)果不影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策，只被動(dòng)的接收主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策結(jié)果)。比如會(huì)員注冊(cè)服務(wù)和郵件發(fā)送服務(wù)：

3、補(bǔ)償型 TCC 解決方案

補(bǔ)償型 TCC 解決方案與通用型 TCC 解決方案的結(jié)構(gòu)相似，其從業(yè)務(wù)服務(wù)也需要參與到主業(yè)務(wù)服務(wù)的活動(dòng)決策當(dāng)中。但不一樣的是，前者的從業(yè)務(wù)服務(wù)只需要提供 Do 和 Compensate 兩個(gè)接口，而后者需要提供三個(gè)接口。

Do 接口直接執(zhí)行真正的完整業(yè)務(wù)邏輯，完成業(yè)務(wù)處理，業(yè)務(wù)執(zhí)行結(jié)果外部可見;Compensate 操作用于業(yè)務(wù)補(bǔ)償，抵消或部分抵消正向業(yè)務(wù)操作的業(yè)務(wù)結(jié)果，Compensate操作需滿足冪等性。

與通用型解決方案相比，補(bǔ)償型解決方案的從業(yè)務(wù)服務(wù)不需要改造原有業(yè)務(wù)邏輯，只需要額外增加一個(gè)補(bǔ)償回滾邏輯即可，業(yè)務(wù)改造量較小。但要注意的是，業(yè)務(wù)在一階段就執(zhí)行完整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯，無(wú)法做到有效的事務(wù)隔離，當(dāng)需要回滾時(shí)，可能存在補(bǔ)償失敗的情況，還需要額外的異常處理機(jī)制，比如人工介入。

適用場(chǎng)景：

由于存在回滾補(bǔ)償失敗的情況，補(bǔ)償型 TCC 分布式事務(wù)解決方案只適用于一些并發(fā)沖突較少或者需要與外部交互的業(yè)務(wù)，這些外部業(yè)務(wù)不屬于被動(dòng)型業(yè)務(wù)，其執(zhí)行結(jié)果會(huì)影響主業(yè)務(wù)服務(wù)的決策。

以上部分內(nèi)容參考自：https://seata.io/zh-cn/blog/tcc-mode-applicable-scenario-analysis.html?utm_source=gold_browser_extension

TCC事務(wù)模式的落地實(shí)現(xiàn)

在前面文章中介紹了Seata的AT模式，有不清楚的可以看：對(duì)比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實(shí)戰(zhàn))

當(dāng)然Seata支持的事務(wù)模式不局限于AT模式，還有TCC模式、SAGA模式、XA模式，下面整合一下TCC模式。

1、演示場(chǎng)景

就以電商系統(tǒng)中下訂單為例，為了演示，直接去掉賬戶服務(wù)，以訂單服務(wù)、庫(kù)存服務(wù)為例介紹。

具體的邏輯如下：

客戶端調(diào)用下訂單接口
扣庫(kù)存
創(chuàng)建訂單
請(qǐng)求完成

根據(jù)上面的邏輯可知，訂單服務(wù)肯定是主業(yè)務(wù)服務(wù)，事務(wù)的發(fā)起方，庫(kù)存服務(wù)是從業(yè)務(wù)服務(wù)，參與事務(wù)的決策。

Seata的AT模式解決方案?jìng)未a如下：

@GlobalTransactional 
public Result<Void> createOrder(Long productId,Long num,.....){ 
    //1、扣庫(kù)存 
    reduceStorage(); 
    //2、創(chuàng)建訂單 
    saveOrder(); 
}

@GlobalTransactional這個(gè)注解用于發(fā)起一個(gè)全局事務(wù)。

但是AT模式有局限性，如下：

性能低，鎖定資源時(shí)間太長(zhǎng)
無(wú)法解決跨應(yīng)用的事務(wù)

因此對(duì)于要求性能的下單接口，可以考慮使用TCC模式進(jìn)行拆分成兩階段執(zhí)行，這樣整個(gè)流程鎖定資源的時(shí)間將會(huì)變短，性能也能提高。

此時(shí)的TCC模式的拆分如下：

1）、一階段的Try操作

TCC模式中的Try階段其實(shí)就是預(yù)留資源，在這個(gè)過(guò)程中可以將需要的商品數(shù)量的庫(kù)存凍結(jié)，這樣就要在庫(kù)存表中維護(hù)一個(gè)凍結(jié)的庫(kù)存這個(gè)字段。

偽代碼如下：

@Transactional 
public boolean try(){ 
  //凍結(jié)庫(kù)存 
  frozenStorage(); 
  //生成訂單，狀態(tài)為待確認(rèn) 
  saveOrder(); 
} 
“

注意：@Transactional開啟了本地事務(wù)，只要出現(xiàn)了異常，本地事務(wù)將會(huì)回滾，同時(shí)執(zhí)行第二階段的cancel操作。

2）、二階段的confirm操作

confirm操作在一階段try操作成功之后提交事務(wù)，涉及到的操作如下：

釋放try操作凍結(jié)的庫(kù)存(凍結(jié)庫(kù)存-購(gòu)買數(shù)量)
生成訂單

偽代碼如下：

@Transactional 
public boolean confirm(){ 
    //釋放掉try操作預(yù)留的庫(kù)存 
    cleanFrozen(); 
    //修改訂單，狀態(tài)為已完成 
    updateOrder(); 
    return true; 
}

注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到confirm完成。

3）、二階段的cancel操作

cancel操作在一階段try操作出現(xiàn)異常之后執(zhí)行，用于回滾資源，涉及到的操作如下：

恢復(fù)凍結(jié)的庫(kù)存(凍結(jié)庫(kù)存-購(gòu)買數(shù)量、庫(kù)存+購(gòu)買數(shù)量)
刪除訂單

偽代碼如下：

@Transactional 
public boolean cancel(){ 
    //釋放掉try操作預(yù)留的庫(kù)存 
    rollbackFrozen(); 
    //修改訂單，狀態(tài)為已完成 
    delOrder(); 
    return true; 
}

注意：這里如果返回false，遵循TCC規(guī)范，應(yīng)該要不斷重試，直到cancel完成。

2、TCC事務(wù)模型的三個(gè)異常

實(shí)現(xiàn)TCC事務(wù)模型涉及到的三個(gè)異常是不可避免的，實(shí)際生產(chǎn)中必須要規(guī)避這三大異常。

1）、空回滾

定義：在未調(diào)用try方法或try方法未執(zhí)行成功的情況下，就執(zhí)行了cancel方法進(jìn)行了回滾。

怎么理解呢?未調(diào)用try方法就執(zhí)行了cancel方法，這個(gè)很容易理解，既然沒(méi)有預(yù)留資源，那么肯定是不能回滾。

try方法未執(zhí)行成功是什么意思?

可以看上節(jié)中的第一階段try方法的偽代碼，由于try方法開啟了本地事務(wù)，一旦try方法執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)了異常，將會(huì)導(dǎo)致try方法的本地事務(wù)回滾(注意這里不是cancel方法回滾，而是try方法的本地事務(wù)回滾)，這樣其實(shí)try方法中的所有操作都將會(huì)回滾，也就沒(méi)有必要調(diào)用cancel方法。

但是實(shí)際上一旦try方法拋出了異常，那么必定是要調(diào)用cancel方法進(jìn)行回滾，這樣就導(dǎo)致了空回滾。

解決方案：

解決邏輯很簡(jiǎn)單：在cancel方法執(zhí)行操作之前，必須要知道try方法是否執(zhí)行成功。

2）、冪等性

TCC模式定義中提到：如果confirm或者cancel方法執(zhí)行失敗，要一直重試直到成功。

這里就涉及了冪等性，confirm和cancel方法必須保證同一個(gè)全局事務(wù)中的冪等性。

解決方案：

解決邏輯很簡(jiǎn)單：對(duì)付冪等，自然是要利用冪等標(biāo)識(shí)進(jìn)行防重操作。

3）、懸掛

事務(wù)協(xié)調(diào)器在調(diào)用 TCC 服務(wù)的一階段 Try 操作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)因網(wǎng)絡(luò)擁堵而導(dǎo)致的超時(shí)，此時(shí)事務(wù)管理器會(huì)觸發(fā)二階段回滾，調(diào)用 TCC 服務(wù)的 Cancel 操作，Cancel 調(diào)用未超時(shí);

在此之后，擁堵在網(wǎng)絡(luò)上的一階段 Try 數(shù)據(jù)包被 TCC 服務(wù)收到，出現(xiàn)了二階段 Cancel 請(qǐng)求比一階段 Try 請(qǐng)求先執(zhí)行的情況，此 TCC 服務(wù)在執(zhí)行晚到的 Try 之后，將永遠(yuǎn)不會(huì)再收到二階段的 Confirm 或者 Cancel ，造成 TCC 服務(wù)懸掛。

解決方案：

解決邏輯很簡(jiǎn)單：在執(zhí)行try方法操作資源之前判斷cancel方法是否已經(jīng)執(zhí)行;同樣的在cancel方法執(zhí)行后要記錄執(zhí)行的狀態(tài)。

4）、總結(jié)

針對(duì)以上三個(gè)異常，落地的解決方案很多，比如維護(hù)一個(gè)事務(wù)狀態(tài)表，每個(gè)事務(wù)的執(zhí)行階段全部記錄下來(lái)。

冪等：在執(zhí)行confirm或者cancel之前根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過(guò)confirm或者cancel方法
空回滾：在執(zhí)行cancel之前才能根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行成功try方法
懸掛：在執(zhí)行try方法之前，根據(jù)事務(wù)狀態(tài)表查詢當(dāng)前全局事務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行過(guò)cancel方法

Seata整合TCC實(shí)現(xiàn)

關(guān)于如何搭建項(xiàng)目、添加依賴這里就不再細(xì)說(shuō)了，不熟悉的可以看我之前的文章：對(duì)比7種分布式事務(wù)方案，還是偏愛阿里開源的Seata，真香!(原理+實(shí)戰(zhàn))

本節(jié)只介紹關(guān)鍵代碼，畢竟篇幅有限，其他部分請(qǐng)自行下載源碼。

源碼目錄如下：

源碼目錄

項(xiàng)目啟動(dòng)所需要的相關(guān)文件如下圖：

nacos目錄中的SEATA_GROUP是Seata事務(wù)服務(wù)端和客戶端所需要的相關(guān)配置，直接導(dǎo)入nacos即可。

seata目錄中的conf是1.3.0版本服務(wù)端的配置

SQL目錄是相關(guān)的幾個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1、TCC接口定義

在order-boot模塊創(chuàng)建OrderTccService，代碼如下：

代碼中注釋已經(jīng)很完整了，下面挑幾個(gè)重點(diǎn)介紹一下：

@LocalTCC：該注解開啟TCC事務(wù)
@TwoPhaseBusinessAction：該注解標(biāo)注在try方法上，其中的三個(gè)屬性如下：
- name：TCC事務(wù)的名稱，必須是唯一的
- commitMethod：confirm方法的名稱，默認(rèn)是commit
- rollbackMethod：cancel方法的名稱，，默認(rèn)是rollback
confirm和cancel的返回值尤為重要，返回false則會(huì)不斷的重試。

2、TCC接口實(shí)現(xiàn)

定義有了，總要實(shí)現(xiàn)，如下：

1）、try方法

try方法

①處的代碼是為了防止懸掛異常，從事務(wù)日志表中獲取全局事務(wù)ID的狀態(tài)，如果是cancel狀態(tài)則不執(zhí)行。

②處的代碼凍結(jié)庫(kù)存

③處的代碼生成訂單，狀態(tài)為待確認(rèn)

④處的代碼向冪等工具類中添加一個(gè)標(biāo)記，key為當(dāng)前類和全局事務(wù)ID，value為當(dāng)前時(shí)間戳。

注意：必須要開啟本地事務(wù)，如上代碼使用@Transactional開啟本地事務(wù)

2）、confirm方法

confirm方法

①處的代碼從冪等工具類中根據(jù)當(dāng)前類和全局事務(wù)ID獲取值，由于try階段執(zhí)行成功會(huì)向其中添加值，confirm方法執(zhí)行成功會(huì)移出這個(gè)值，因此在confirm開頭判斷這個(gè)值是否存在就起到了冪等效果，防止重試的效果。

⑥處的代碼從冪等工具類中移出try方法中添加的值。

②處的代碼是從BusinessActionContext中獲取try方法中的入?yún)ⅰ?/p>

③處的代碼是釋放掉凍結(jié)的庫(kù)存

④處的代碼是修改訂單的狀態(tài)為已完成。

注意：1. 開啟本地事務(wù) 2. 注意返回值，返回false時(shí)將會(huì)重試

3）、cancel方法

cancel方法

①處的代碼是向事務(wù)日志記錄表中插入一條數(shù)據(jù)，標(biāo)記當(dāng)前事務(wù)進(jìn)入cancel方法，用來(lái)防止懸掛，這個(gè)和try方法中的①處的代碼相呼應(yīng)。

②處的代碼是為了防止冪等和空回滾，因?yàn)橹挥挟?dāng)try方法中執(zhí)行成功冪等工具類中對(duì)應(yīng)的當(dāng)前類和全局事務(wù)ID才會(huì)存儲(chǔ)該值。這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。

③處的代碼恢復(fù)凍結(jié)的庫(kù)存。

④處的代碼刪除這筆訂單

⑤處的代碼是移出冪等工具類當(dāng)前類和全局事務(wù)ID對(duì)應(yīng)的值。

3、如何防止TCC模型的三個(gè)異常?

實(shí)現(xiàn)方法有很多，有些案例是全部使用事務(wù)日志表記錄當(dāng)前的狀態(tài)，這樣完美的解決了冪等、空回滾、懸掛的問(wèn)題。

陳某這里為了方便，使用了兩種方案，如下：

1）、冪等、空回滾

使用了一個(gè)冪等工具類，其中是個(gè)Map，key為當(dāng)前類和全局事務(wù)ID，value是時(shí)間戳。

代碼如下：

思路如下：

在try方法最后使用冪等工具類中的add方法添加值
在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中的remove方法移出值
在confirm、cancel方法中使用冪等工具類中g(shù)et方法獲取值，如果為空，則表示已經(jīng)執(zhí)行過(guò)了，直接返回true，這樣既防止了冪等，也防止了空回滾。

2、懸掛

懸掛的實(shí)現(xiàn)依靠的是事務(wù)日志表，表結(jié)構(gòu)如下：

CREATE TABLE `transactional_record` ( 
  `id` bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, 
  `xid` varchar(100) NOT NULL, 
  `status` int(1) DEFAULT NULL COMMENT '1. try  2 commit 3 cancel ', 
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE 
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;